第三代SiC纤维及其在核能领域的应用现状

王堋人, 苟燕子, 王浩

第三代SiC纤维及其在核能领域的应用现状

王堋人, 苟燕子, 王浩

(国防科技大学 新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室, 长沙 410073)

第三代SiC纤维具有近化学计量比的元素组成和高结晶致密的特性, 与第一、第二代SiC纤维相比, 在耐高温、抗氧化、抗蠕变及抗辐射等性能上均有明显的提升, 因此在工程应用上尤其在核能领域拥有更明显的优势和更广阔的前景。本文对第三代SiC纤维的制备工艺、性能特点进行了介绍和比较, 综述了第三代SiC纤维在核能领域的应用, 并对其发展前景进行了展望。

SiC纤维; 第三代; 核能应用; 综述

连续SiC纤维具有高强度、高模量、耐高温抗氧化、辐照条件下的活性低等优异性能[1-3], 自从1975年Yajima等[4]以聚碳硅烷(Polycarbosilane, PCS)为先驱体制备细直径连续SiC纤维以来, SiC纤维得到了迅猛发展, 到目前为止已经从富碳富氧且处于无定形态的第一代SiC纤维发展到具有近化学计量比和高结晶特性的第三代SiC纤维[5]。目前市售第一代SiC纤维以日本碳公司(Nippon Carbon Co. Ltd.)生产的Nicalon 200、日本宇部兴产公司(Ube Industries)生产的Tyranno Lox-M和国防科技大学生产的KD-I为代表, 由于氧含量偏高(~12wt%), SiC纤维在1200 ℃以上强度迅速下降[6-9]。通过改进纤维交联工艺, 第二代SiC纤维实现了无氧不熔化, 显著降低了氧含量(可达1wt%以下), 在惰性气氛下可以在1500 ℃以下保持较高的拉伸强度和模量, 典型代表有Hi-Nicalon、Tyranno ZE、KD-II等, 但由于碳含量偏高(C/Si≈1.4), 其抗氧化性能仍然不够理想[5,10-12]。因此, 日本碳公司、宇部兴产公司和美国Dow Corning公司分别采用不同的技术路线……